紅曲霉高產(chǎn)菌株篩選及固態(tài)發(fā)酵研究

孫婷 黃彩桃 呂曉航 魏雯靜 歐陽霞輝

[摘要]紅曲色素是一種天然色素，具有營養(yǎng)、無毒等特點(diǎn)，可作為食品添加劑應(yīng)用于食品行業(yè)。紅曲色素由紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)生，但不同種的紅曲霉菌株產(chǎn)色素能力有所差異，對高產(chǎn)紅曲色素菌株的篩選十分必要。固態(tài)發(fā)酵是紅曲色素傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，與液態(tài)發(fā)酵相比具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。本文對高產(chǎn)紅曲霉的菌株菌種與固態(tài)發(fā)酵條件進(jìn)行分析，以期為高產(chǎn)菌株的篩選提供參考。

[關(guān)鍵詞]紅曲色素;紅曲霉;高產(chǎn)菌株;固態(tài)發(fā)酵

中圖分類號：Q933? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190532

在中國傳統(tǒng)的飲食文化中，人們傾向于注意色、香、味的合理搭配，鮮艷亮麗的顏色能使人心情愉悅，增強(qiáng)食欲[1]。色素能夠賦予食品鮮艷的色彩，滿足人們消費(fèi)需求，由于合成色素安全性低，而由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的天然色素著色能力好、安全性高，越來越受到人們青睞[2]。紅曲色素是一種由紅曲霉屬的絲狀真菌經(jīng)發(fā)酵而成的優(yōu)質(zhì)天然食用色素，是以大米、大豆為主要原料，經(jīng)紅曲霉菌液體發(fā)酵培養(yǎng)、提取、濃縮、精制而成及以紅曲米為原料，經(jīng)萃取、濃縮、精制而成的天然紅色色素，是天然的食品添加劑，廣泛用于肉制品的著色[3-5]。

1? 紅曲色素高產(chǎn)菌株的研究現(xiàn)狀

紅曲色素產(chǎn)于紅曲霉，紅曲霉又稱紅曲、紅糟、紅大米，是我國重要的微生物資源。紅曲霉屬真菌門、子囊菌綱、真子囊菌亞綱、紅曲霉屬，廣分布于泡菜、大曲、釀酒醪液等多種基質(zhì)中[6-8]。

實(shí)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的工業(yè)化，要選擇一株色素產(chǎn)量高、遺傳性狀穩(wěn)定、副產(chǎn)物及不良產(chǎn)物少的優(yōu)良紅曲霉菌株[9]。1884年，法國科學(xué)家Van Tidghen最先分離得到紅曲霉菌株[10]。Marey Rehab等[11]通過色價測定，得到高產(chǎn)紅曲色素的菌株M-92，屬于紫色紅曲霉。蔣冬花等[10]從紅曲米中分離得到一株高產(chǎn)色素的紅曲霉菌株Mp-41，經(jīng)過ITS序列鑒定，同樣為紫色紅曲霉。蘇龍等[12]從土壤中分離得到了一株高產(chǎn)菌株。常聰?shù)萚13]通過紫外-氯化鋰復(fù)合誘變方法篩選得到高產(chǎn)菌株QH。陳章娥等[14]通過ISSR分子標(biāo)記技術(shù)低紅曲霉進(jìn)行種間分析，發(fā)現(xiàn)不同種的紅曲霉產(chǎn)色素能力有所區(qū)別，同種內(nèi)的紅曲霉差異也顯著，可見紅曲霉菌種對色素生產(chǎn)能力影響較大，選擇合適的菌種在一定程度上能影響色素產(chǎn)量。由于ISSR容易檢測出DNA多態(tài)性，且ISSR標(biāo)記技術(shù)利用基因組豐富的SSR序列信息，與SSR相比，ISSR不需要預(yù)先獲知序列信息，程序簡化、成本降低，ISSR分析廣泛應(yīng)用于各類作物的品種（系）間的鑒別和分類。可通過ISSR標(biāo)記對紅曲霉進(jìn)行聚類分析，對紅曲霉在分子層面上進(jìn)行高產(chǎn)菌株的篩選。

2? 紅曲霉固態(tài)發(fā)酵工藝

2.1? 研究現(xiàn)狀

紅曲霉的生產(chǎn)有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種工藝。液態(tài)發(fā)酵易受雜菌污染，首期投入大，可操作性不強(qiáng);固態(tài)發(fā)酵作為傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，雖然固體培養(yǎng)勞動大，但具有能耗低、大規(guī)模發(fā)酵過程不需要嚴(yán)格的消毒等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)大多學(xué)者采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素。固態(tài)發(fā)酵主要是將紅曲霉接種到粳米、釉米、糯米等培養(yǎng)基上，通過不同的提取方式（一般采用醇提法）提取紅曲色素，或直接將紅曲米應(yīng)用到食品中。季宏飛等[15-16]采用響應(yīng)面優(yōu)化紅曲霉的固態(tài)發(fā)酵過程，發(fā)現(xiàn)在水分含量37.33%、培養(yǎng)溫度27.62℃、培養(yǎng)時間13.89d時，產(chǎn)生的紅曲米色價最高。童愛均等[17]通過研究發(fā)現(xiàn)，在固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中加入碳源可提高紅曲色素產(chǎn)量。董文賓等[18]通過正交試驗(yàn)，確定固態(tài)發(fā)酵過程中的接種量為6%、發(fā)酵溫度為38 ℃、發(fā)酵天數(shù)10 d。陳運(yùn)中[19]發(fā)現(xiàn)發(fā)酵培養(yǎng)紅曲的最佳接種量為6%。

2.2? 工藝條件的選擇

2.2.1? 米飯初始含水量

紅曲霉發(fā)酵過程中，米飯的初始含水量將影響發(fā)酵過程的進(jìn)行。水分過高會導(dǎo)致基質(zhì)多孔性降低，使前期產(chǎn)生大量乙醇;水分過低，紅曲霉生長受到抑制。水分的選擇十分重要。季宏飛等[15]采用響應(yīng)面法優(yōu)化紅曲霉固態(tài)發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)米飯最佳的初始含水量為37.33%。程愛芳等[20]通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)米飯的最佳含水量為43%。蔣冬花等[10]研究發(fā)現(xiàn)米飯的最佳含水量44.81%。可見，米飯的含水量為35%～50%。

2.2.2? pH值

霉菌適合于pH值5.0～6.0的酸性環(huán)境。郭紅珍等[5]通過研究得到最佳pH為3.8。蔣冬花等[10]認(rèn)為最適pH為6.0。楊建等[21]發(fā)現(xiàn)在初始pH為6.5時，色價較高，桔霉素含量最低，Monacolin K也達(dá)到最大值。雖然霉菌適合生長于微酸性的環(huán)境，但是紅曲霉高產(chǎn)紅曲色素的pH值有所差異，發(fā)酵紅曲色素的最佳pH值為5.5～6.5。

2.2.3? 接種量

接種量大小會不同程度地影響發(fā)酵結(jié)果，當(dāng)接種量過低時，紅曲霉菌生長緩慢，發(fā)酵時間延長，效果較差;接種量過多時，培養(yǎng)基內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)不足，影響菌絲生長。陳運(yùn)中[19]發(fā)現(xiàn)發(fā)酵培養(yǎng)紅曲的最佳接種量為6%。董文賓等[18]通過正交試驗(yàn)，也確定固態(tài)發(fā)酵過程中的接種量為6%。張紅梅等[22]通過研究得到接種量為12%，由此發(fā)現(xiàn)接種量的大小差異較大，可能是受到外界環(huán)境影響，導(dǎo)致結(jié)果有差異。

3? 結(jié)? 論

在歐盟和美國，紅曲色素被認(rèn)為是一種有潛力的食品添加劑，在著色、調(diào)味和肉類保鮮中能夠替代部分或全部的亞硝酸鹽和硝酸鹽。紅曲色素是紅曲霉的次級代謝產(chǎn)物，色素的產(chǎn)量和紅曲霉的種類密切相關(guān)，篩選高產(chǎn)、穩(wěn)定的紅曲霉菌種，是應(yīng)用于固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的前提，固態(tài)發(fā)酵作為紅曲霉一種傳統(tǒng)發(fā)酵的方式，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，對其發(fā)酵條件進(jìn)行探索具有重要的意義。

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收稿日期：2019-05-11

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目（20 1810742117）。

作者簡介：孫婷，女，本科在讀，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程。

通信作者：歐陽霞輝，女，博士，副教授，研究方向?yàn)閯游锷撑c發(fā)育、生物信息學(xué)。